Comment vérifier l’état de conservation d’un ouvrage hydraulique précontraint en employant des moyens légers et une méthode non destructive ? C’est le défi en passe d’être relevé par les équipes de la R&D d’EDF, qui développent une méthode innovante d’auscultation des tirants d’ancrage précontraints grâce aux ondes acoustiques. Dans ce nouvel épisode de la série « La R&D vous emmène », découvrez, en images, comment chercheurs et techniciens explorent de nouvelles solutions pour renforcer la surveillance des moyens de production du Groupe EDF.
Transcription
La R&D vous emmène... ausculter les tirants d'ancrage précontraints
Durée : 3:50
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Pour vous permettre d'accéder à l'information, nous vous proposons de consulter la vidéo La R&D vous emmène... ausculter les tirants d'ancrage précontraints dans un nouvel onglet.
[Cette vidéo présente le rôle des tirants d'ancrage précontraints dans la sûreté des barrages hydrauliques. On y voit intervenir Thilakson Raveendranet, Ingénieur-chercheur et Jonathan Lemaître, Technicien d'essai.]
Voix off : La R&D vous emmène... ausculter les tirants d'ancrage précontraints
Ici, sur le site de la R&D d'EDF Lab Chatou, on contribue à la sûreté des barrages hydrauliques... première source d'énergie renouvelable en France, ouvrages clés de la décarbonation, mais souvent âgés de plusieurs décennies. Leur exploitation en toute sûreté repose entre autres sur des tirants d'ancrage précontraints, des armatures en acier scellées dans le béton ou la fondation que l'on met en tension. Mais avec le temps, cette tension peut se relâcher.
Comment le savoir... de manière légère et sans altérer la structure... C'est le défi que relève ici Thilakson Raveendranet Jonathan Lemaître !
Thilakson Raveendranet : « Bienvenue sur le site de Chatou ! Au sein de notre laboratoire Génie Civil, nous développons une méthode d'auscultation pour mesurer la tension dans les tirants d'ancrage précontraints. Les tirants d'ancrage sont utiles dans différentes configurations. Par exemple, pour assurer la liaison mécanique entre la vanne et le barrage lui-même, ou pour assurer la liaison entre le barrage et le massif rocheux sur lequel il repose.
Pour garantir de la bonne tenue mécanique de l'ouvrage, on doit s'assurer périodiquement que la tension ne dépasse pas certains seuils. En effet, avec le temps, cette tension peut varier.
Aujourd'hui, la méthode de référence est lourde, longue à mettre en oeuvre et parfois même impossible sur certains ouvrages. Mais nous avons peut-être une solution. Suivez-moi !
On a, à disposition, une maquette qui est représentative d'ouvrages réels, pour tester nos développements en environnements contrôlé. La méthode que l'on développe est basée sur la propagation d'ondes ultrasonores. Cela fonctionne un peu comme une échographie médicale. D'ailleurs, Jonathan est en train d'installer des capteurs sur la barre. »
Jonathan Lemaître : « Ici, nous avons une poutre de béton avec deux réservations. Dans l'une d'elles, une barre d'acier va traverser la structure. Celle-ci est bloquée de part et d'autre par un système de plaques et d'écrous. Un vérin hydraulique va nous permettre d'appliquer une tension sur la barre avec une force maîtrisée. Enfin, pour sécuriser l'installation, nous avons deux boucliers d'acier.
Une onde ultrasonore est émise le long de la barre. À chaque extrémité, l'onde est réfléchie. Deux capteurs vont enregistrer chaque passage de ces ondes. Nous allons ensuite analyser les résultats. »
Thilakson Raveendranet : « L'effet que l'on va exploiter, c'est l'effet acousto-élastique. C'est l'effet qui décrit la variation de vitesse de propagation de l'onde en fonction de la tension.
Concrètement, ce que l'on va faire, c'est mesurer des décalages de temps d'arrivée pour estimer cette tension.
Ce que l'on voit sur cette interface, c'est l'un des signaux enregistrés par un récepteur. Et ce que l'on peut voir ici, ce sont les différents allers-retours qu'a effectués l'onde dans la barre. Et si on zoome sur l'un de ces aller-retours, on peut réaliser un pointé de temps d'arrivée. En environnement contrôlé, nous sommes capables de mesurer ces décalages de temps d'arrivée, de l'ordre de la microseconde.
L'objectif est de reproduire cette mesure sur un ouvrage réel et c'est ce qui représente un véritable défi. »
Voix off : Direction Gambsheim, sur le Rhin. Ici, en collaboration avec les équipes d'Hydro-Est, les équipes de la R&D testent la méthode en conditions réelles, sur des tirants d'ancrage précontraints neufs et anciens.
Thilakson Raveendranet : « Ici nous sommes sur un chantier où de nouvelles barres précontraintes sont installées. Nous connaissons donc la tension appliquée et la longueur de ces barres, ce qui va nous permettre de valider les développements réalisés en laboratoire.
À moyen terme, cette méthode pourrait devenir un outil de diagnostic simple et non destructif, utilisable sur les ouvrages hydrauliques d'EDF et même au-delà.
Ces travaux font l'objet de publications et d'une thèse depuis fin 2025, ce qui montre leur caractère innovant. C'est une véritable fierté de travailler sur cette mission indispensable pour EDF dans un contexte d'optimisation de la stratégie de maintenance. »
Voix off : Pour mieux comprendre et surveiller les ouvrages hydrauliques, à Chatou comme sur le terrain, en collaboration avec l'ingénierie hydraulique, la R&D d'EDF innove.
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Au cœur de la sûreté des ouvrages
Les tirants d’ancrage précontraints jouent un rôle majeur dans la stabilité de nombreux ouvrages et structures du domaine hydrauliques. Ces armatures en acier, mises en tension, contribuent notamment à stabiliser des barrages, ancrer certaines structures ou à assurer la liaison mécanique d’équipements électromécaniques, tels que les vannes, avec les ouvrages de génie civil.
Comme tout élément soumis à des contraintes mécaniques sur de longues périodes, la tension régnant dans les armatures précontraintes peut évoluer au fil du temps. Les ancrages précontraints doivent donc être contrôlés régulièrement, afin de garantir la sûreté et la sécurité de nos installations.
Aujourd’hui, outre l’équipement de l’ancrage précontraint avec une cellule de charge, la méthode de référence pour mesurer cette tension repose sur le « pesage » des tirants à l’aide d’un vérin hydraulique. Cette méthode est efficace, mais elle mobilise des moyens lourds, elle est coûteuse, elle expose les salariés à des risques, elle a souvent une incidence sur l’exploitation et est parfois impossible à mettre en œuvre, notamment dans le cas des armatures précontraintes scellées sur toute leur longueur.
Une solution R&D innovante basée sur la propagation d'ondes ultrasonores
À EDF Lab Chatou, les équipes du domaine Génie Civil qui travaillent sur la Performance, les Risques Industriels et la Surveillance pour la Maintenance et l’Exploitation (PRISME), développent une méthode d’inspection non destructive basée sur la propagation d’ondes ultrasonores guidées. Cette technologie s’appuie sur l’effet acousto-élastique, une propriété physique des matériaux selon laquelle la vitesse de propagation d’une onde acoustique varie en fonction de la contrainte mécanique appliquée. L'analyse très fine du temps de parcours des ondes acoustiques pourrait, à terme, permettre d'estimer la tension régnant dans l'acier précontraint. Cette approche fait actuellement l'objet de travaux, notamment dans le cadre d'une thèse.
Au laboratoire, nous validons cette technologie sur une maquette représentative des ouvrages réels, puis sur le terrain, notamment sur le site du barrage de Gambsheim, équipé de tirants précontraints neufs, dont la tension est parfaitement connue.
Des perspectives pour l’hydraulique… Et au-delà
À terme, cette innovation pourrait permettre de multiplier les diagnostics sur le parc hydraulique d’EDF tout en réduisant les contraintes et les coûts liées aux méthodes actuelles. Plus simple à déployer et totalement non destructive, elle offrirait de nouvelles possibilités pour le suivi de nos ouvrages précontraints, sur le long terme.
Les perspectives dépassent le seul domaine hydraulique. Les tirants d’ancrage et les armatures précontraintes sont également présents sur d’autres installations industrielles, notamment dans les domaines nucléaire et thermique.
Afin d’accélérer le développement de cette technologie, une thèse initiée fin 2025, en partenariat avec le Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique (LMA) et le Commissariat à l’Energie Atomique (CEA), permettra d’approfondir les recherches et de préparer l’industrialisation de cette méthode innovante.
Les assemblages précontraints ont, le plus souvent, une importance cruciale en matière de sûreté et de sécurité dans le domaine hydroélectrique. La méthode acoustique non destructive actuellement développée par nos collègues de la R&D vise à parfaire la surveillance des structures précontraintes. Elle permettra de conduire un diagnostic sans intervention intrusive, afin de mieux détecter une potentielle évolution défavorable du comportement des ouvrages précontraints. Elle contribuera ainsi à préserver le niveau de sûreté et de sécurité de nos installations… Un enjeu majeur pour EDF Hydro !
En associant expertise de l’évaluation non destructive appliquée au génie civil, ultrason et expérimentations allant du laboratoire au terrain, les équipes de la R&D contribuent à la performance et à la sûreté des installations du Groupe.